Alterações morfofisiológicas da atividade espacial no sistema cardiorespiratório

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE MEDICINA
INTRODUÇÃO À MEDICINA II
ALTERAÇÕES MORFOFISIOLÓGICAS DA ATIVIDADE
ESPACIAL NO SISTEMA CARDÍACO E RESPIRATÓRIO
Andressa Almeida Noronha
Carlos Alberto Campello Jorge
Cleice Milene Strada
Felipe Loro Rossi
Melissa Gomes Lins
Wayslan Thiberio
Yago Ferreira 
Trabalho apresentado ao Curso de Graduação em Medicina da Universidade Federal de Mato Grosso como requisito avaliativo da disciplina de Introdução à Medicina II.
Tutor: Prof° Dr. Lousã Lopes
Cuiabá-MT
2016
Sumário
Introdução......................................................................................................................3
Bases teóricas para entendimento das alterações fisiológicas decorrentes da microgravidade.............................................................................................................4
Seleção e acondicionamento físico da tripulação......................................................7
Alterações morfofisiológicas durante a decolagem...................................................8
Alterações morfofisiológicas em ambiente de microgravidade..............................11
 Estudo da hemodinâmica em microgravidade..................................................13
Diminuição da função cardíaca………………………………………………...13
 Anemia especial....................................................................................................15
Exercícios realizados pelos astronautas na estação espacial... .........................15
Estudo do sistema pulmonar em microgravidade....................................................16
Alterações morfofisiológicas no retorno à terra.......................................................18
Perspectivas futuras....................................................................................................22
Para saber mais...........................................................................................................22
Referências...................................................................................................................23
Lista de figuras..............................................................................................................2
Lista de tabelas..............................................................................................................2
Lista de figuras
Figura 1- Hubertus Strughold: pai da Medicina Espacial...........................................................3
Figura 2: Pressão hidrostática nos capilares...............................................................................6	
Figura 3: Pressão total em posição ortostática e em decúbito horizontal...................................7
Figura 4: Yuri Gagarin: primeiro astronauta...............................................................................8
Figura 5: Vetores da Força G......................................................................................................9
Figura 6: Efeitos da aceleração +Gz em relação ao tempo.......................................................10
Figura 7: Distribuição do fluído no corpo no pré-voo, na microgravidade e no pós-voo.........13
Figura 8: Evolução do volume do membro inferior de dois astronautas antes, durante e após uma permanência de sete dias no espaço..................................................................................13
Figura 9: Gráfico do volume de plasma antes, durante e após a viagem espacial....................14
Figura 10: Tamanho cardíaco na terra (verde) e em microgravidade (vermelho)....................15
Figura 11: Astronauta Gennady I. Padalka exercita na bicicleta ergométrica..........................16
Figura 12: Astronauta Bob Thirsk exercitando na esteira. .......................................................17
Figura 13: Astronauta Chris Hadfield exercitando no RED.....................................................17
Figura 14: Diferença de densidade óssea pré e pós viagem espacial........................................19
Lista de tabelas
Tabela 1: Linha do tempo da aclimatização fisiológica experienciada pelo ser humano do lançamento ao retorno à Terra..................................................................................................20
INTRODUÇÃO
“A exploração do espaço, como qualquer outra exploração feita pela humanidade, deu à sociedade uma nova perspectiva de si própria e do Universo”.
A ciência espacial revelou-se importantíssima para a observação e explicação de fenômenos que interferem diretamente na vida dos seres humanos na Terra, inaugurando uma nova era de descobertas. Esses novos estudos abrangem desde taxas de radiação, dinâmica de ventos e altura de ondas e gelo marítimo, até satélites de comunicação de órbita baixa para receptores pequenos móveis em áreas remotas. (NASA)
Dentre as várias aplicações práticas desses estudos, pode-se citar: fins militares (como espionagem, ataque e defesa), as melhores previsões meteorológicas após imagens de satélite; o GPS (Sistema de Posicionamento Global); os satélites que permitem uma melhor gestão dos recursos naturais; satélites que auxiliam no resgate à pessoas em perigo em zonas de desastres naturais; a observação de mudanças climáticas; o conhecimento do Buraco na Camada de Ozônio; a imagem utilizada por satélites para monitorizar sistemas na Terra, a qual é agora utilizada em hospitais para detectar doenças, tal como máquinas MRI (Imagem de Ressonância Magnética) e TAC (Tomografia Computadorizada); os óculos de sol que protegem mais eficazmente dos raios ultravioletas; os componentes de satélites que são utilizados em dispositivos para inserir insulina no corpo; o desenvolvimento da fotografia digital, dentre outros. (RAYMAN, 2005).
Para que todos esses avanços fossem alcançados, era imprescindível a presença do homem no espaço. Logo, para assegurar um ambiente ao menos minimamente seguro para esses astronautas, surgiu a Medicina Espacial. O termo “Medicina Espacial” foi cunhado em 1948 pelo médico e fisiologista ex-nazista Hubertus Strughold (Figura 1), primeiro Professor de Medicina Espacial da Faculdade de Medicina de Aviação (FMA) na Base da Força Aérea de Randolph, Texas, o qual desempenhou um importante papel no projeto aeroespacial norte americano durante o período da Guerra Fria, por exemplo, auxiliando no desenvolvimento da primeira cabine pressurizada, tornando possível o controle humano da nave espacial. (CAMPBELL et al., 2007).FIGURA 1: 
Dr. Hubertus Strughold, conhecido como 'Pai da Medicina Espacial. Fonte:. LUIS MARDEN/NATIONAL GEOGRAPHIC STOCK
 	A Medicina Espacial é o ramo responsável por elucidar, por exemplo, o quão bem e por quanto tempo os astronautas podem sobreviver às condições extremas do espaço, o quão rápido podem se adaptar às condições da Terra depois de retornar de suas missões e quais as possíveis consequências e tratamentos para o corpo e a mente após essas viagens espaciais. (RAYMAN, 2005)
Neste seminário, iremos focar exclusivamente as possíveis alterações morfofisiológicas causadas pelas viagens espaciais aos sistemas cardíaco e respiratório, e as explicações biofísicas para tanto. Para melhor compreensão do tema abordado, é de extrema importância que se atente, primeiramente, às bases teóricas para entendimento da viagem espacial, as quais serão abordadas no tópico seguinte.
BASES TEÓRICAS PARA ENTENDIMENTO DAS ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS DECORRENTES DA MICROGRAVIDADE
Na superfície da Terra, o efeito do campo gravitacional sobre os líquidos tem uma enorme importância na biofísica e fisiologia do sistema cardiovascular. Esta importância se deve ao fato de que, sendo um circuito fechado preenchido por líquido, o sistema cardiovascular está continuamente sujeito a variações de pressão transmural causadas por alterações da pressão hidrostática que acompanham as mudanças posturais. (SANTOS & BONAMINO, 2003)
A pressãohidrostática (Phid) pode ser expressa em função do peso, produto da massa da coluna líquida (m) pela aceleração da gravidade (G), dividido pela área (A) na qual a pressão está sendo exercida: 
Phid = mG
 A
Multiplicando-se os dois termos pela altura h da coluna, o denominador passa a indicar volume (V) e teremos a relação m/V, que pode ser substituída pela densidade do líquido (ρ), de modo que:
Phid = ρGh.
Assim sendo, considerando-se G = 9,8m.s-2 na superfície da Terra e a densidade do sangue humano igual a 1,06×103 kg.m-3, para um indivíduo de pé, um ponto situado a 1,20m abaixo do coração (por exemplo no tornozelo) terá, em relação a este, uma pressão hidrostática de 12.466 Pa ou 94mmHg. (AIRES, 2012; GUYTON, 2012)
 Por sua vez, a pressão transmural (PT) em um ponto do sistema é dada pela soma da pressão dinâmica gerada pelo bombeamento cardíaco contra a resistência periférica ao fluxo (produto do fluxo, Q, pela resistência, R), da pressão média de enchimento do sistema circulatório (PEC), de um componente de pressão gerado por compressão extrínseca do vaso (Pext) e da pressão hidrostática (ρGh) neste ponto: 
PT = QR + PEC + Pext + ρgh.
 Se desprezarmos Pext e considerarmos uma PTmédia de 90mmHg no início da aorta (mesma altura do coração), a pressão transmural em um segmento de artéria situado 1,20m abaixo do coração será, para o indivíduo deitado (∆h ≈ 0, em relação ao coração), ligeiramente < 90 mmHg, por exemplo, 88mmHg - em função da dissipação de energia ao longo do sistema. Para o mesmo indivíduo em posição ortostática, o valor da PTmédia será acrescido de 94mmHg referentes à Phid, perfazendo um total de 182mmHg. O mesmo se aplica ao território venoso. Se em posição deitada a PT for de 12mmHg para um ponto situado a 1,20m do coração, ela se elevará para 106mmHg na posição ortostática. (GUYTON, 2012; AIRES, 2012)
Do ponto de vista prático, o cálculo da Phid é feito geralmente em relação a um nível de referência zero situado na altura do coração, mais precisamente no nível da valva tricúspide. Este nível foi escolhido porque, em condições normais, independentemente da posição assumida, o bombeamento cardíaco impede qualquer acúmulo de sangue proveniente das veias cavas, de forma que a pressão média do átrio direito tende a zero, igualando-se à pressão atmosférica. Deste modo, para pontos localizados 30 cm acima e abaixo do coração, a Phid será de -23 e +23mmHg, respectivamente. Formalmente, podemos definir o nível zero, também denominado de "nível de indiferença hidrostática", como o local da circulação cuja pressão hidrostática permanece constante a despeito de mudanças posturais do organismo em relação ao vetor da aceleração gravitacional. (CURI & PROCOPIO, 2013)
Na verdade, devido à complacência vascular, pequenos aumentos da Phid são neutralizados, de forma que o nível de indiferença hidrostática tende a situar-se um pouco abaixo do nível mencionado. Por ser mais complacente do que o sistema arterial, o sistema venoso possui, comparativamente, um nível de indiferença hidrostática mais distante (no sentido caudal) do coração. Em condições de gravidade normal, quando uma pessoa assume a posição ereta, o aumento da Phid na porção corporal inferior leva a uma distensão das veias, promovendo armazenamento de sangue nestas e, consequentemente, redução do retorno venoso para o coração. (AIRES, 2012) 
Além disso, a elevada pressão hidrostática capilar favorece a saída de líquido para o espaço intersticial (Figura 2), reduzindo o volume sanguíneo, o que diminui ainda mais o retorno venoso. Uma vez que passamos grande parte de nosso tempo de vigília nesta posição, é razoável afirmar que há uma tendência natural ao acúmulo de sangue na região abaixo do nível de indiferença hidrostática. Ao contrário, quando passamos da posição ortostática ou sentada para a posição deitada, a PT nas veias dos membros inferiores se torna bastante reduzida (pelo fim da Phid no eixo crânio-caudal), o que diminui acentuadamente a distensão vascular e aumenta o retorno venoso (Figura 3). (AIRES, 2008)
 Concomitantemente, a pressão capilar sofre a mesma redução, levando a uma menor filtração de líquido para o interstício, o que contribui para o aumento do retorno venoso. Efeitos opostos são esperados acima do nível de indiferença hidrostática. Se em posição ortostática o retorno venoso da cabeça é facilitado pelo peso da coluna líquida situada acima do coração, na posição de decúbito este fator é abolido, havendo então menor retorno venoso e acúmulo de sangue na região cefálica. (CURI & PROCOPIO, 2013)
Figura 2: Pressão hidrostática promovendo o extravasamento de plasma para o interstício, sendo equilibrada pela pressão oncótica. Fonte: FUNZOO
 No que se refere às artérias, a mudança da posição sentada ou de pé para a deitada reflete-se em aumento da pressão arterial, posto que o sangue proveniente do coração não sofre mais a oposição do vetor descendente Phid. De acordo com o exposto acima, é fácil prever que, quando submetido agudamente à gravidade zero, o sistema cardiovascular humano apresentará um comportamento muito semelhante ao descrito para a posição deitada em 1G, considerando-se que em ambas as situações o gradiente crânio-caudal de Phid é abolido. Entretanto, como veremos adiante, o estudo da fisiologia cardiovascular espacial torna-se particularmente interessante na medida em que a anulação da Phid em gravidade zero não reproduz todas as alterações hemodinâmicas observadas na passagem da posição ortostática para a deitada na Terra, sugerindo uma complexidade bem maior do que a prevista pelo simples fim da coluna líquida vertical. (GUYTON, 2012)
Figura 3: Diferença de pressão total quando em posição ortostática ou em decúbito horizontal . Fonte: Aires, M. de M., 2008.
SELEÇÃO E ACONDICIONAMENTO FÍSICO DOS ASTRONAUTAS
Os candidatos a astronautas, após aprovados nos exames médicos (acuidade visual deve estar perfeita, pressão arterial não pode exceder 140/90 e sua altura deve estar entre 1,60 e 1,90 m), entrevistas e avaliações, passam por um treinamento de aproximadamente dois anos. É necessário que os candidatos estejam preparados para sobrevivência na água e tenham qualificação em SCUBA (self-contained underwater breathing apparatus) para prepará-los para o treinamento de como se locomover em microgravidade. Desse modo, os aspirantes passam por testes de natação, nos quais devem nadar 75 metros e nadar novamente vestindo roupa de voo espacial, mas desta vez até aguentar. Além disso, são expostos a ambientes hipobáricos e hiperbáricos em câmaras de altitude e a voos parabólicos para simular a microgravidade no espaço. (NASA)
Após a seleção dos astronautas, começa o treinamento formal, o qual além do treinamento físico envolve a completa compreensão dos veículos e leitura de manuais. Tanques de água ou até mesmo “aquários” são utilizados para simular 0 G, tal como acontece no projeto NEEMO da NASA, propiciando a simulação de vivência, atividades e locomoção em microgravidade. Os astronautas podem viver dias ou semanas dentro da água através de técnicas de saturação. Astronautas que eram pilotos mantêm um tempo de voo de 15 horas por mês em jatos Northrop T-38 Talon (velocidade máxima 1381 Km/h, 1,3 Mach). Os demais astronautas voam um mínimo de 4 horas mensais. Este treinamento ajuda ajustá-los para o aumento da força G que sofrerão no lançamento. Vários outros treinamentos, como psicológico (isolamento com um determinado grupo) e testes em simulacros de naves também são realizados. Finalmente, após aprovados em todos os testes, os astronautas, então, estão aptos para participarem da viagem espacial. Assim, de agora em diante, iremos tratar as principais alterações morfofisiológicas durante a decolagem. (NASA)
 ALTERAÇÕES MORFOFISIOLÓGICAS DURANTE A DECOLAGEM
	A Federação Aeronáutica Internacional (em francês, Fédération Aéronautique Internationale, FAI), fundada em 1905, é um organismo que se dedica à elaboração de normas e a manutenção de registos para a aeronáuticae a astronáutica e é o órgão reitor internacional dos desportos aéreos. No Brasil ela é representada pela CAB (Comissão do Aerodesporto Brasileira). Conforme o tratado do espaço exterior de 1967, com 98 países signatários, o espaço é um local desprovido de uma soberania, sendo a sua utilização e exploração, incluindo a Lua e outros corpos celestes, conduzida para benefício e interesse de todos os países, independente de desenvolvimento científico e econômico, constituindo patrimônio da humanidade (UNITED NATIONS, 2002). 
O alcance da órbita geocêntrica foi conseguido pela primeira vez por Iuri Alekseievitch Gagarin, piloto soviético e cosmonauta nascido em 9 de março de 1934 e morto em 27 de março de 1968, em 12 de abril de 1961 na missão espacial Vostok 1, que significa Oriente. As viagens espaciais tripuladas, atualmente, limitam-se à órbita terrestre baixa (LEO- Low Earth Orbit), abaixo de 2000 Km, onde se encontra a estação espacial internacional (ISS). Há também a Estação Espacial Russa (Мир, Paz ou Mundo), a qual operou na baixa orbita terrestre em 1986 até 2001, assim como a Estação Espacial Chinesa Tiangong 1, Palácio Celeste em chinês, a qual foi lançada em 29 de setembro de 2011 pela Agência Espacial Chinesa (CNSA). As decolagens de veículos espaciais são realizadas o mais próximo do equador e sempre para o leste, a fim de aproveitar a velocidade de rotação da terra e assim gastar menos combustível e ter menos peso na nave. (NASA; HALL, 2001)Figura 4: Iuri Alekseievitch Gagarin, o primeiro homem a viajar pelo espaço.
O processo de decolagem submete os indivíduos a uma aceleração intensa, visto que são necessárias velocidades altas para se conseguir chegar na órbita terrestre baixa, isto é, abaixo de 2000 Km acima do nível do mar. Essa aceleração pode ser mensurada como força G, isto é, aceleração múltipla da aceleração da gravidade. Há três tipos de aceleração, sendo elas:
Aceleração Linear: mudança de velocidade em linha reta
Aceleração Radial: mudança de direção
Aceleração Angular: mudança de velocidade e direção
Assim, a aceleração conhecida como força G pode ser dividida nos três eixos do plano cartesiano, sendo:
Gx: Força do peito para as costas, sendo esse o sentido positivo. O Gx negativo é uma força aplicada das costas para o peito.
Gy: Força lateral no sentido de ombro a ombro. Não possui muita ação danosa ao corpo
Gz: É uma força, no sentido positivo, aplicada da cabeça para os pés. Já no sentido negativo, aplicada dos pés à cabeça. (WILLIAMS, 2009)
Figura 5: Vetores da Força G
FONTE: http://www.atlasaviation.com/AviationLibrary/HazardsInAerobatics/Hazards_In_Aerobatics4.htm
O tipo de força G mais nociva ao ser humano é aquela aplicada no eixo Z. Quando se submete a altas acelerações, o sistema cardiovascular deve responder rapidamente para manter o fluxo sanguíneo para o cérebro e prevenir a perda de consciência. Acelerações do tipo Gz+ faz com que o coração aumente a sua frequência e contratilidade, a fim de manter o fluxo sanguíneo contra essa nova aceleração. (PANDOLF, 2002)
	Um dos primeiros sintomas do efeito da força G é a perda progressiva de visão, enquanto o veículo acelera. Os olhos são extremamente suscetíveis à diminuição do fluxo sanguíneo. Com a perda do suprimento de sangue, primeiramente para a retina, haverá perda da visão periférica, a qual pode ser seguida por uma diminuição do campo visual. Essa diminuição pode ocorrer junto com os eventos de “greyout”, a visão fica acinzentada, e “blackout”, a visão fica enegrecida. Depois disso, o indivíduo pode experimentar a perda de consciência induzida por força G (GLOC). (SETLOW, 2003)
	As perdas visuais podem ocorrer ou não, dependendo da taxa de aceleração. Alterações de aceleração na escala de 0,1G por segundo causa todos os sintomas acima. Todavia, alterações de 1G por segundo pode gerar GLOC direto, sem haver perda da visão, conforme a figura (3.3). O período de tempo em que um indivíduo fica inconsciente é de cerca de 10 a 15 segundos, seguidos por um período semelhante de confusão mental. Amnésia e sonhos vívidos são episódios recorrentes de quem passa por GLOC. Um ponto relevante é que o reflexo barorreceptor ocorre entre 5 a 10 segundos após a mudança de pressão, e, em condições de muita aceleração, isso pode não ser o suficiente para compensar o acúmulo de sangue nas porções mais inferiores. (SANTOS & BONAMINO, 2003)
Figura 6: Efeitos da aceleração +Gz em relação ao tempo.
FONTE: PANDOF & BURR, 2002.
	Por outro lado, os efeitos da força Gz negativa são ainda piores, visto que o corpo humano possui poucos mecanismos fisiológicos para balanceá-los. O acúmulo de sangue na região cefálica promove o fenômeno de “redout”, isto é, a visão se torna avermelhada por causa dos vasos sanguíneos dilatados que entram no campo de visão. Além de poder provocar hemorragias, esse fenômeno causa danos à retina. Ademais, a perda de consciência, por interrupção do fluxo sanguíneo também ocorre nessa situação. (SANTOS & BONAMINO, 2003)
	Os impactos mais relevantes, além da perda de consciência e problemas visuais, são os problemas motores, pulmonares, cardiovasculares e dores. Os problemas motores se devem à desorientação espacial e vertigem resultante da estimulação dos canais semicirculares do sistema vestibular. Arritmias cardíacas são comuns em indivíduos submetidos a alta aceleração, por causa do deslocamento do coração e dos fluídos que o irrigam, comprometendo a nutrição dos nodos e do próprio coração, como contração ventricular e atrial prematura e taquicardia ventricular. Episódios de bradicardia com assístole são recorrentes. Esses fatores relacionados ao sistema circulatório antecipam o GLOC. Os problemas pulmonares se devem à redistribuição sanguínea nos pulmões, o que aumenta o descompasso entre a ventilação e a perfusão, reduzindo a saturação de oxigênio. A maior concentração sanguínea na base do pulmão causa edema e contrição das vias aéreas distais, reduzindo a ventilação. Além disso, altas acelerações podem causar deslocamento de tecido pulmonar, esticando os alvéolos apicais. Tais alterações podem causar pneumotórax e enfisema mediastinal, assim é possível ocorrer a atelectasia pulmonar por causa da rápida absorção de oxigênio em capilares próximos de colapsarem, com alta perfusão, próximo à base do pulmão. Um déficit na atividade do diafragma é notável, juntamente com a compressão da força G sobre o tórax, prejudicam a atividade mecânica da respiração. O atrito entre a pele do astronauta e os equipamentos que ele carrega pode gerar quadros de petéquia, pequenos pontos vermelhos, em decorrência de sangramentos provenientes de pequenos vasos, dor, edema e até mesmo hematomas são vistos nesses quadros. (PANDOF & BURR, 2002) 
	Há certos fatores que influenciam negativa e positivamente na resistência à força G. Hábitos como o fumo, uma vida sedentária e falta e condicionamento físico prejudicam a resistência à essa aceleração. No entanto, um indivíduo bem hidratado, ou seja, com muito volume sanguíneo circulante, e com bom condicionamento físico, construído a partir de atividades aeróbicas e de levantamento de peso, proporcionam melhores condições para se enfrentar a força G. (PLATTS, 2016)
	Outrossim, uma manobra muito utilizada para minimizar os efeitos da força G é a associação da manobra de Valsalva, com a contração de glúteos, coxa, panturrilha e ombros. Essa manobra evita a perda de sangue no cérebro e não se deve ser feita com total esforço em ambiente de 1G para não ocorrer danos ao corpo. Essa manobra deve ser realizada entre 3 a 4 segundos. (BACAL, 2011)
	Vale ressaltar que o uso de fármacos para o melhoramento da resistência à força G não é recomendado, visto que os efeitos colaterais podem ser amplificados pela alta aceleração. Fármacos permitidos para pilotos, por exemplo, são pequenas doses de aspirina, antiácidos, supositórios para hemorroidas, salicilato de bismuto, usado para diarreias. Descongestionantes nasais podem ser usados para tratar o fechamento da orelha e ouso de antibióticos deve ser levado em consideração. Outros fármacos podem ser usados, todavia com testes prévios, como escopolamina e efedrina para tratar enjoos decorrentes de voo, doxiciclina, cremes vaginais. Algumas pessoas ainda conseguem usar clorotiazida e hidroclorotiazida para hipertensão, assim como alopurinol e probenecida para gota (PANDOFF & BURR, 2002)
No processo de decolagem de um foguete, a tripulação fica sentada, com a parte anterior do corpo apontando para cima e os pés acima do nível toraco-abdominal, usando um traje de pressão, o qual permite a respiração eficiente, em ambientes de baixa pressão, e fornece cargas mecânicas simulando gravidade em ambiente de microgravidade. O fato de estarem nessa posição minimiza o efeito da força Gz, sendo o eixo Gx o mais impactante para os astronautas.
Essa força, mesmo não sendo tão degradante, força os tecidos moles a ficar espremidos, além de dificultar movimentação em qualquer eixo de movimento. Acima de 2,5G se torna difícil levantar-se da cadeira. Acima de 3G torna-se difícil levantar os membros. (CONVERTINO)
	A força G sob a qual os astronautas se submetem durante a decolagem varia. Durante a decolagem eles experimentam cerca de 1,7G. Quando os foguetes de propulsão auxiliar movidos por combustível sólido são ejetados, aproximadamente dois minutos após o lançamento, os passageiros sofrem cerca de 2G. Essa aceleração decresce até o início da ativação dos motores principais. A ativação desses motores faz com que os astronautas sintam uma aceleração de 3G. Quando o motor principal é desligado, aproximadamente 8 minutos e 30 segundos, eles estarão em ambiente de microgravidade. (BACAL, 2011)
	O corpo humano é capaz de suportar até 4G, em condições físicas ideais. Assim, técnicas e equipamentos, como os trajes pressurizados utilizados para as viagens, são essenciais para se vencer essa barreira. Um exemplo da capacidade de se ultrapassar ainda mais esse limite são os pilotos de aviões de alta velocidade, os quais se submetem a forças de até 12G durante manobras aéreas. (NASA)
5. Estudo da função cardiovascular em microgravidade
Os efeitos cardiopulmonares realizados pela microgravidade no corpo humano surgem a partir de minutos após chegar em órbita, porém se estabilizam dentro de dias ou de uma a duas semanas. O ambiente de microgravidade ocasiona uma redistribuição de fluídos no corpo, ilustrado na figura 7, como uma diminuição de sangue nas porções inferiores e aumento as superiores, conhecido como efeito “pernas de pássaro – face inchada”. Estas alterações se iniciam logo no início da inserção do astronauta na microgravidade e atingem um pico máximo em 24h. Entre 3-5 dias na microgravidade, o sistema cardiovascular do astronauta adapta-se, não apresentando sintomas ou sinais importantes. (RUSSOMANO, 2002; SANTOS & BONAMINO, 2003)
Figura 7: Distribuição do fluidos no corpo no pré-voo, na microgravidade e no pós-voo ; 
Fonte: (SANTOS & BONAMINO, 2003).
Segundo, Santos & Bonamino, em relação aos membros inferiores, a drástica redução do fluxo sanguíneo nos primeiros dias em órbita causa o já mencionado aspecto de “pernas de pássaro”. Avaliações do volume dos membros inferiores por pletismografia circunferencial conduzidas nos projetos Skylab, Apollo-Soyus (Союз, "união") e nos ônibus espaciais revelaram, respectivamente, reduções (por membro inferior) de 931ml (12,2%), 803ml (10%) e 1.026ml (11,6%) em comparação aos valores pré-voo, sendo que as maiores perdas ocorreram no primeiro dia das missões. (SANTOS & BONAMINO, 2003)Figura 8: Evolução do volume do membro inferior de dois astronautas antes, durante e após uma permanência de sete dias no espaço. Fonte: SANTOS & BONAMINO, 2003
Essa diminuição do volume é causada pelo desvio imediato de sangue no sentido cefálico e, também, pela absorção do fluido intersticial dos membros inferiores para o sistema venoso, pois a pressão oncótica intravascular estará elevada e isso provocará o movimento dos líquidos para dentro dos capilares. Assim, considerando as altas pressões a que estão submetidos os tecidos dos membros inferiores na Terra, acredita-se que esse território seja um local de intensos processos regulatórios agudos e de aclimatação. (WILLIAMS, 2011) 
5.1 ESTUDO DA HEMODINÂMICA EM MICROGRAVIDADE
Com relação ao volume plasmático, sabe-se ele sofre uma diminuição de 10 a 25% nas primeiras 24 a 48h no espaço, com ligeira recuperação ao longo da primeira semana, como ilustrado no gráfico abaixo. Daí para frente, permanece estabilizado em pouco menos de 10% abaixo dos níveis normais. A hipovolemia poderia ser consequente a uma redução da ingestão hídrica. De fato, o volume de água ingerido se reduz em cerca de 1 L/dia nos primeiros 2 dias no espaço. A diminuição da ingestão, por sua vez, poderia ser consequência da recusa voluntária nas horas que antecedem o lançamento ou da inibição da sede pela cinetose espacial (doença da locomoção espacial, ocorre em decorrência da desregulação do sistema vestibular em ambiente de microgravidade) que acomete 50% dos cosmonautas nos primeiros 2-3 dias de voo. (CONVERTINO, 2005). Figura 9: Gráfico do volume de plasma antes, durante e depois da viagem espacial. Fonte: CONVERTINO, 2005
Além disso, tem sido proposto que a redução da ingestão se deva, em parte, ao fenômeno da desidratação involuntária, definida como um descompasso entre a sede (e a consequente ingestão líquida) e a necessidade real de água do organismo, que ocorre em situações de estresse como exercício, calor, frio, imersão em água, altitude e, talvez, microgravidade. Nos cosmonautas acometidos de cinetose, a desidratação pode ser ainda agravada pela perda líquida na forma de vômitos. (WILLIAMS, 2011)
Essa diminuição continua mesmo após o retorno na terra, o que demonstra ser uma adaptação estável no volume sanguíneo. Além disso, a disfunção dos barorreceptores em microgravidade gera uma inibição no sistema renina angiotensina aldosterona e promove a liberação de peptídeo natriurético atrial, aumentando a excreção de sódio e água. (SETLOW, 2003)
5.2. DIMINUIÇÃO DA FUNÇÃO CARDÍACA 
Um voo espacial a longo prazo pode conduzir a uma redução mensurável em massa cardíaca. Astronautas que voltaram de missões de dois a dez dias apresentaram em avaliações de ressonância magnética uma redução média de 14% na massa ventricular esquerda. Tais reduções foram atribuídas a atividade reduzida e alterações de volume sanguíneo. (B. SIDES et al, 2005)
Não se sabe se essas alterações cardíacas representam em longo prazo risco à saúde dos astronautas. Há fortes indícios de que o volume sistólico é menor em astronautas na volta do espaço, e que o baixo volume sistólico inferior está associado com o tamanho cardíaco reduzido. A redução no volume sistólico levanta a possibilidade de algum grau de função cardíaca reduzida. (SETLOW, 2003).
Independentemente de qualquer evidência que compre a remodelação cardíaca durante voo no espaço ou experimentos em terra conduzidos em seres humanos expostos a microgravidade, medidas de curvas de função miocárdica e as velocidades de onda e de pulso arterial medida antes, durante, e após todas as missões espaciais sugerem que existe pouco impacto da exposição de longa duração. (DARQUENNE, 2014)Figura 10: Tamanho cardíaco na terra (verde) e em microgravidade (vermelho). – Fonte http://www.space.com/25452-zero-gravity-affects-astronauts-hearts.html#sthash.iKSPD1Lu.dpuf.
5.3. Anemia espacial
Na presença de microgravidade o corpo apresenta um reduzido número de células vermelhas no sangue. A redução em massa de glóbulos vermelhos pode refletir uma adaptação à mudança de distribuição do sangue, o qual depende da gravidade. Embora, o volume de plasma seja conhecido por ser variável, atuais teorias confirmam a importância do desajuste no controle da eritropoiese. Segundo Alfrey et al, há uma grande diminuição no nível de eritropoietina que controla a processo de produção de eritrócitos na medula óssea. (AUBERT, 2005)
 A anemia durante viagensespaciais também é explicada como resposta ao acúmulo de sangue na parte superior do corpo. Esse acúmulo e o aumento da concentração no sangue provoca um aumento no volume sanguíneo central e aumenta a quantidade de massa das células vermelhas aferidas pelo corpo. Esse aumento instiga uma diminuição na produção de eritropoietina, ocasionando uma diminuição na produção de hemácias. Aparentemente, a eritropoietina volta a ser produzida quando um novo equilíbrio entre o volume plasmático e o hemócrito é alcançado. Todavia, essa redução persiste até o retorno do astronauta à terra. No retorno, o sangue é redistribuído, por causa da gravidade, gerando uma diluição do mesmo, acarretando em anemia. Isso demonstra porque hipotensão ortostática é comum em astronautas que retornam de uma missão espacial. (PANDOLF, 2002)
5.4. Exercícios realizados pelos astronautas na estação espacial
 	Os exercícios realizados na estação espacial para diminuir os efeitos negativos da microgravidade são principalmente três; cicloergômetro, esteira e um dispositivo especial de exercícios de resistência (Resistance Exercise Device – RED), ilustrados nas figuras 11, 12 e 13, respectivamente. O cicloergômetro funciona como uma bicicleta, além do exercício físico tem como função medir a aptidão do astronauta. A esteira tem o funcionamento parecido com a esteira utilizada na terra, a diferença principal está na presença de arreios que seguram o usuário no chão, criando uma espécie de força normal e evitando que o astronauta flutue. O RED tem função parecida com as máquinas de levantamento de peso, porém é acoplado com elásticos e roldanas a fim de criar uma resistência na ausência da gravidade. O RED possui inúmeros exercícios e trabalha o fortalecimento ósseo e minimização da atrofia dos principais grupos musculares. (NASA, 2014).
Figura 11: Astronauta Gennady I. Padalka exercita na bicicleta ergométrica. Fonte: NASA, 2014.
Figura 12: Astronauta Bob Thirsk exercitando na esteira. Fonte: NASA, 2009.
Figura 13: Astronauta Chris Hadfield exercitando no RED. Fonte: NASA, 2013.
6. Estudo do sistema pulmonar em microgravidade
O ambiente da estação espacial apresenta as características simuladas parecidas com as da atmosfera terrestre. Isso tem importância principalmente na fisiologia do sistema respiratório, já que as relações de ventilação/perfusão não são apenas influenciadas pela gravidade, mas também pela pressão e concentração de gases no ambiente. Fora da estação espacial os astronautas utilizam um traje especial que também simula esse ambiente adequado para a fisiologia normal do corpo humano. Alguns deles são: trajes SK ("Skafandr Kosmicheskiy" - escafandro para cosmonauta), foram os primeiros trajes; traje russo Orlan – águias do mar e o Extravehicular Mobility Unit (traje americano usado atualmente). (NASA, 2013)
Foi observado que o ambiente de microgravidade aumenta a deposição relativa de partículas finas na periferia do pulmão, levando a uma penetração mais profunda de micropartículas. O ambiente da estação espacial é livre de sujeira e sua higienização é muito bem controlada, logo, essa alteração não tem um efeito prático negativo. (DARQUENNE, 2014).
As mudanças da microgravidade no sistema pulmonar são esperadas, pois a razão entre ventilação e perfusão são dependentes da gravidade. Diminuição de cerca de 10% no fluxo expiratório é encontrado na primeira semana, no entanto restabelece na primeira semana. A difusão de monóxido de carbono aumenta em 28% aproximadamente. É factível um aumento na superfície efetiva dos capilares, todavia, mesmo em microgravidade, o pulmão não aparenta ser homogêneo, sendo os fatores que pensavam pela sua não uniformidade ser a gravidade. Assim, o pulmão é anatomicamente heterogêneo. Vale ressaltar a diminuição em 18% do volume residual. (SETLOW, 2003).
Alterações morfofisiológicas no retorno à Terra
O retorno a um ambiente de gravidade, após a exposição ao ambiente de microgravidade, é um dos principais problemas operacionais de uma viagem espacial. Os principais problemas no organismo humano são a perda óssea e muscular, disfunção vestibular e hipotensão ortostática, além de problemas imunológicos e psicossociais, em menor escala. Os efeitos fisiológicos em cada etapa do voo espacial são mostrados didaticamente na tabela 1. (PANDOLF, 2002)
A perda óssea ocorre devido à descalcificação dos ossos pela falta de tensão. Essa descalcificação causa diminuição significativa na densidade óssea (Fig. 14). Esse é um dos maiores problemas relatados por astronautas, pois sua recuperação é muito demorada em relação às outras consequências. Frequentemente, ocorrem fraturas nos ossos dos membros inferiores na volta ao ambiente de gravidade, tanto na aterrissagem, quanto em atividades cotidianas, por exemplo, subir escadas. Suspeita-se ainda que astronautas possam sofrer de osteoporose numa idade mais recente. Além disso, a descalcificação óssea aumenta a excreção de cálcio, o que pode causar pedra nos rins. ( ZOBEL, 2012)
 	
Figura 14: Diferença de densidade óssea pré e pós viagem espacial. Fonte: fisioterapia.com/noticias/imprimir/514.
	A falta de uso dos músculos, principalmente os posturais, causa diminuição da síntese e aumento da degradação proteica. Em viagens curtas, de uma a duas semanas ocorre perda de 20% da massa muscular, em viagens mais longas de até seis semanas a perda pode chegar a 30%. Essa perda de massa não ocorre em número de fibras, mas em tamanho da fibra, esta pode perder até 50% de sua área seccional. Biópsias em músculos de astronautas mostraram que a maior perda muscular é de fibras do tipo 2, contudo, há uma mudança fenotípica de fibras do tipo 1 para fibras do tipo 2, o que causa contração mais rápida porém uma fadiga mais rápida também. Astronautas na volta à Terra relatam dores musculares, atrofia dos músculos posteriores dos membros inferiores e, em alguns casos, fascite plantar. Para diminuir as consequências de perda muscular e óssea sugere-se o uso de uma esteira que simula a caminhada mesmo em ambientes de microgravidade, contudo o uso dessa esteira ocupa tempo útil dos astronautas e ocupa espaço na aeronave. Por não haver ainda outra solução comprovada este ainda é um método utilizado na estação espacial para atenuar os efeitos da microgravidade no sistema locomotor. (BACAL, 2011; ENGLISH, 2016)
Com a falta de gravidade aparente, como já explicado, os fluidos corporais são redirecionados e a concentração na cabeça e tórax aumenta (Fig. 7). Na volta ao ambiente de gravidade a repentina diminuição do suprimento sanguíneo causa hipotensão ortostática (HO), encontrada na maioria dos astronautas, mas com intensidade variável. O ambiente espacial causa disfunção nos barorreceptores, hipovolemia e anemia, o que intensifica o quadro de HO. Além disso, o HO segue junto com uma falha em aumentar a resistência periférica por meio da vasoconstrição. Não se sabe se isso ocorre por causa do mal funcionamento dos barorreceptores ou defeito na própria resposta do vaso ou ambos. Um dos principais problemas da anormal distribuição de fluidos é a disfunção cardiovascular. Isso ocorre por meio do aumento da frequência cardíaca, em cerca de 23%, com uma diminuição do débito cardíaco. O método mais efetivo para evitar problemas como esses ainda é a utilização de trajes especiais, especificamente trajes anti-G. Os cosmonautas russos utilizam uma espécie de meia apertada chamada “Karkas” para prevenir o acumulo de sangue súbito na porção inferior do corpo. (WILLIAMS, 2009; CURI, 2009; PANDOLF, 2002)
Além desses, problemas psicossociais e de sistema imunológico são frequentes. O isolamento submetido aos astronautas para treinamento, bem como o stress a que ele e sua família são submetidos causam problemas psicossociais que são acompanhados com terapias para a família e o astronauta. As deficiências imunológicas envolvem distribuição alterada de leucócitos circulantes, produção alterada de citocinas, atividadereduzida de células killer, função reduzida de granulócitos, atividade reduzida de células T, níveis alterados de imunoglobulinas, imunidade vírus-específica modificada e respostas neuroendócrinas modificadas. As causas dessas deficiências não são conhecidas mas suspeita-se que a falta de peso possa contribuir na desregulação do sistema imune, impedindo sinalizações essenciais para o desenvolvimento de células T, e modificando a organização do citoesqueleto e dos microtúbulos celulares. A deficiência no sistema imune pode gerar alguns problemas clínicos como hipersensibilidade, autoimunidade, alergias, doenças infecciosas, reativação viral latente. Esses riscos devem ser completamente desvendados antes de serem feitas quaisquer tipos de viagens espaciais para a lua ou Marte. (WILLIAMS, 2011)
Tabela 1: Linha do tempo da aclimatização fisiológica experienciada por astronautas do lançamento ao retorno à Terra. Fonte: WILLIAMS, D. 2009
Perspectivas futuras
As perspectivas futuras na área de medicina giram em torno de três principais pontos: aumento do entendimento do sistema musculoesquelético, aprofundamento nos efeitos da viagem espacial no sistema vestibular e na observação do comportamento de micróbios e outros microrganismos no espaço. Pesquisas em andamento com foco no sistema musculoesquelético podem ajudar pacientes com dores nas costas, com distrofias musculares e até mesmo proporcionar um melhor desenvolvimento físico para atletas. No campo relacionado ao sistema vestibular, pesquisas querem proporcionar um melhor prognósti0o para pessoas que sofrem com náuseas e tonturas constantes. O campo mais vasto e que pode trazer informações com impactos inimagináveis está relacionado ao desenvolvimento de microrganismos no ambiente de microgravidade, isso se dá pelo fato que pesquisas no campo podem nos mostrar novas maneiras de lutar contra doenças infecciosas. (NSBRI, 2016)
Para saber mais
Centro de Pesquisa em Microgravidade – Microg: http://www3.pucrs.br
NASA - National Aeronautics and Space Administration: http:/nasa.gov
RUSSOMANO, T. Fisiologia espacial: conhecimentos essenciais para voar com segurança, Ed PUCRS, 2012
http://www.thaisrussomano.com/fisiologia-aerospacial.html
Referências
AIRES, M. M. – Fisiologia 4a. ed., 2012
BACAL, K.; SMART, K. Space Medicine: The new Frontier. 6. ED, 2011
CAMPBELL, M. R et al. Hubertus Strughold: the “Father of Space Medicine.” Aviat Space Environ Med, 2007.
CONVERTINO, A. V. Clinical aspects of the control of plasma volume at microgravity and during return to one gravity. Physiology Research Branch, Clinical Sciences Division, Brooks Air Force Base. 2005
CURI, R., PROCOPIO, J. Fisiologia Básica, 2009
ECKBERG, D. L., et al, Human vagal baroreflex mechanisms in space. The Journal of Physiology. 2012
ENGLISH, K. L., et al. 14 days of bed rest induces a decline in satellite cell content and robust atrophy of skeletal muscle fibers in middle-aged adults. Journal of Applied physiology. 2016
FRITSCH-YELLE, M. J., et al, Subnormal norepinephrine release relates to presyncope in astronauts after spaceflight. Medical Sciences Division, National Aeronautics and Space Administration Johnson Space Center, and KRUG Life Sciences, Houston, Texas 77058; and Centre for Advanced Technology Education, Ryerson Polytechnic University, Toronto, Ontario, Canada.
GUYTON, A.C.; HALL, J.E. Tratado de Fisiologia Médica. 12ª ed. Rio de Janeiro, Elsevier Ed., 2011
HALL, R.,: (2001). Mir: The Final Year British Interplanetary Society [S.l.] ISBN 0-9506597-5-4
NASA, disponível em: http://quest.nasa.gov/qna/questions/FAQShuttleLaunch.htm#Whatdoesyourbody 
Acessado em: 05/02/2016
NASA, disponível em: http://www.spaceflight.nasa.gov/feedback/expert/answer/crew/sts-92/index.html. Acessado em: 05/02/2016
NASA – Astronaut selection and training; acessado no dia 24/02/2016 em:
https://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/606877main_FS-2011-11-057-JSC-astro_trng.pdf
NASAS HUMAN SPACEFLIGHT – Ask the crew; acessado no dia 24/02/2016 em: http://www.spaceflight.nasa.gov/feedback/expert/answer/crew/sts-92/index.html
NEEMO (NASA EXTREME ENVIRONMENT MISSION OPERATIONS) – About NEEMO; acessado no dia 24/02/2016 em: https://www.nasa.gov/mission_pages/NEEMO/about_neemo.html
PANDOLF, K. B.; BURR, R. E. Medical Aspects of Harsh Environments. 2. ED. Washington DC: Walter Reed Army Medical Center, 2002
PLATTS, S. H. et al. “Effects of Sex and Gender on Adaptation to Space: Cardiovascular Alterations.” Journal of Women’s Health 23.11 (2014): 950–955.PMC. Web. 11 Feb. 2016.
RAYMAN RB. Aerospace medicine: challenges and opportunities. Aviat Space Environ Med, 2005.
RUSSOMANO, T., SANTOS, M. A., GIONGO, A. L. Efeito de Medicamentos na Prevenção da Sintomatologia da Desorientação Espacial em Testes Utilizando a Cadeira de Bárány, 2002
SANTOS & BONAMINO, Efeitos cardiovasculares agudos da exposição ao ambiente microgravitacional, Arq Bras Cardiol, 2003.
SETLOW, R. B. The hazards of space travel. European Molecular Biology Organization reports, v. 4, n. 11, p. 1013-1016, 2003
UNITED NATIONS, United Nations Treaties and Principles on Outer Space. New York, 2002
WILLIAMS, D., et al. Acclimitation during space flight: effects on human physiology. CAMJ, p. 1317-1323, 2009
ZOBEL, B.B., et al. Assessing bone loss in micro-gravity: a fuzzy approach. University campus bio-medical of Rome. Italy. 2012.